Эжекторные красильные машины

В настоящее время существует большое число различных конструкций эжекторных машин. Их особенностью является способ транспортирования жгута ткани или трикотажного полотна, который осуществляется не механическим баранчиком, как в жгутовых барках, а потоком циркулирующего рабочего раствора, увлекающего жгут с большой скоростью, достигающей нескольких сот метров в минуту.При этом жгут ткани не только не вытягивается, но даже получает некоторую усадку за счет того, что скорость потока опережает скорость движения жгута. Кроме этого жгут, плыву­щий в потоке рабочего раствора, постоянно и интенсивно обрабатывается жидкостью снару­жи и изнутри, что препятствует фиксированию складок и существенно расширяет ассортимент обрабатываемых тканей.

Первая эжекторная машина, работающая по принципу трубки Вентури, в которой создается перепад давления и скорости потока при изменении сечения трубки, была разработана в 1967 г. фирмой «Гастон Каунти» (США).

Принцип работы и транспортирования жгута с помощью трубки Вентури показан на рис. а. Красильный раствор 2 под давлением закачивается насосом в камеру 1, которая соединяется с эжектором, состоящим из трубки с суживающимся соплом в начале и расширяющимся в конце. В суживающейся части сопла давление жидкости и ее скорость возрастают, а на участке расширения 1 давление снижается, однако высокая скорость движения жгута 3 (до 700 м/мин.), сообщаемая ему потоком жидкости, сохраняется, причем жгут находится во взвешенном (плавающем) состоянии, скорость его движения несколько отстает от скорости потока, что способствует некоторому сжатию, усадке и хорошей сохранности текстильного материала. Эжектор можно устанавливать в любом положении: горизонтальном, вертикальном или наклонном.

Рис. 12.2. Способы транспортирования жгута ткани: а ­ эжекторной; б ­ переливной трубой.

Подача струи жидкости в трубку Вентури под углом оказывает активное жесткое воздействие на жгут.

Этот принцип получил название «Джег» (жесткий поток). Жесткость потока можно снизить, изменяя угол его подачи на сопло, и получить более мягкий поток. В последние годы широкое распространение получили красильные машины, в которых движение жгута осуществляется по принципу «Овсрфлоу» или «Софтфлоу», что означает принцип переливной трубы, отличающийся мягким воздействием потока на ткань.В этом случае (рис. 12.1, б) перемещение жгута ткани 1 осуществляется действием силытяжести падающего потока жидкости 2. поступающего в переливную трубу 3, а из переливной трубы жгут поступает в ванну машины, ее накопитель и по кольцевой заправке снова возвращается в переливную трубу, т.е. процесс повторяется. В этом случае скорость перемещения жгута зависит от разностей уровней красильного раствора в переливной камере и накопителе ткани: чем она больше, тем выше скорость истечения жидкости. Эта разница уровней называется манометрической высотой, обычно равной 2 м. Мягкое воздействие рабочего раствора на текстильный материал позволяет обрабатывать широкий ассортимент тканей, в том числе и полотна с легко деформирующейся структурой.

Однако способ переливной трубы («Оверфлоу») ограничивает возможности регулированияскорости перемещения ткани в машине, и для ее увеличения требуется установка более мощного циркуляционного насоса. Поэтому в некоторых конструкциях машин предлагается использование одновременно двух систем транспортирования жгутов, т.е. эжекторной и переливной трубы. В машинах с жестким потоком обрабатывают в основном трудно окрашиваемые полотна из синтетических нитей, а в машинах с мягким потоком ­ ткани из смеси хлопка с химическими волокнами, плюшевые и хлопчатобумажные полотна. Достоинством эжекторных машин является использование низкомодульных ресурсосберегающих технологий, модуль ванны (MB) обычно на уровне (6...10):1, так как при этом достигается существенная экономия воды, пара, тепла, красителей и химматериалов и снижается загрязнение сточных вод. Следует отметить, что снижение модуля ванны связано с уменьшением объема рабочего раствора, который служит средой для транспортирования жгута ткани.

Уменьшение объема жидкости осложняет транспортирование жгутов из­за увеличения тре­ия при их соприкосновении с механическими частями машины, их поверхностью. В зависимости от формы и конструкции ванны эжекторные машины можно подразделить на кошовые, трубные и тороидальные. Более широко используются машины котлового типа. По сравнению с машинами трубного типа их преимущество в низком модуле ванны, так как в машинах трубного типа полотно полностью погружено в раствор, на что требуется больше жидкости. Но полностью погруженное в раствор полотно не испытывает напряжений и почти не деформируется и не вытягивается. Полное заполнение аппарата жидкостью практически исключает пенообразование, отрицательно влияющее на работу насоса.К тороидальным относятся котловые машины оригинальной конструкции, полученной в результате «выема» средины бака котла, что позволило довести нижний предел модуля ванны до 5:1.Эжекторные машины различных модификаций выпускаются для обработки полотен при температуре до 100 °С и для высокотемпературной обработки при температуре до 140 °С и избыточном давлении до 0,5 МПа. В машинах с неполным заполнением ванны рабочим раствором избыточное давление создается сжатым воздухом, а в машинах с полным заполнением внутреннего объема ванны ­ дополнительным насосом. По способам транспортирования жгутов эжекторные машины подразделяются на машины с расположением эжектора выше уровня красильной ванны или погруженного в красильный раствор, работающие по принципу переливной трубы, с комбинированной эжекцией, малым модулем ванны и комбинированной системой транспортирования жгутов ткани.

На рис. 12.3 показана современная эжекторная машина котлового типа модели «Супер Джет» американской фирмы «Гастон Каунти», предназначенной для крашения тканей и три­котажных полотен из синтетических волокон и их смесей с натуральными. В состав машины входят: цилиндрический автоклав 1, внутри которого размещен перфорированный накопи­тель ткани 7, сменное эжекторное сопло 2, расположенное выше уровня красильной ванны, трубчатый 1канепровод4, циркуляционный центробежный насос 8 и теплообменник 11.Машины выпускаются с несколькими (1­6) накопителями и соплами, в каждом из которых обрабатывается жгут ткани массой не более 91 кг при температуре до 149 °С, давлении до 0.46 МПа, температуре нагрева красильного раствора 4,5...5.4 °С в минуту, модуле ванны (9...10): 1. Набор сопел различных диаметров позволяет расширить ассортимент обрабатываемых тканей (легких и тяжелых).

Рис. 12.3. Эжекторная красильная машина «Супер Джет».

Автоклав снабжен люком для загрузки и выгрузки ткани. Заправленная в машину ткань 6 направляющими роликами 3 подается в эжекторное сопло, пропитывается рабочим раствором, подхватывается потоком и транспортируется с его помощью по трубе тканепровода в автоклав, где складками укладывается на перфорированный накопитель и продвигается под действием силы тяжести в сторону направляющих роликов. Чтобы предупредить возможность пенообразования и разбрызгивания жидкости на входе жгута в автоклав, на тканепроводе перед входом его в автоклав установлена обводная труба 5 (байпас), в результате этого основная часть рабочего раствора поступает в рабочую ванну, не образуя брызг и пены. Скорость перемещения ткани может варьироваться от 25 до 185 м/мин с помощью дроссельного клапана 12, регулирующего мощность циркуляционного потока жидкости, которая достигает 4500 л/мин, что позволяет довести кратность обмена раствора до трех раз в минуту.

Машина снабжена баком 10 для приготовления рабочих растворов, которые питающим насосом 9 могут подаваться в красильный бак без останова циркуляционного насоса. Теплообменник позволяет довольно быстро, за 25...30 мин, нагреть рабочий раствор до заданной температуры и также быстро охладить его после окончания технологического процесса. Габаритные размеры машины, мм: 3050х6600х3970.В конце 70­х и начале 80­х годов впервые был освоен выпуск российских эжекторных машин ЭК­1 (2) и ЭК­140­4(4Н), не получивших распространения из­за ряда конструктивных недостатков. Однако в конце 80­х годов отечественные машиностроители по лицензии фирмы «Тисе» (ФРГ) осуществили выпуск более совершенных эжекторных машин ЭКЛ­140­4 и ЭКЛ­100­4, предназначенных соответственно для высокотемпературного крашения под давлением при температуре до 140 °С и крашения при нормальном давлении и температуре до 100 °С.

На рис. представлена технологическая схема эжекторной машины ЭКЛ­140­4, в состав которой входят: красильный бак 1, циркуляционный центробежный насос 2, сосуд для химических добавок 5 с подпитывающим насосом 4.

Рис. 12.4. Технологическая схема машины ЭКЛ 140­4.

На напорной циркуляционной линии установлен патронный фильтр 3 и вертикальный трубчатый теплообменник 6 с автоматическими секциями нагрева и охлаждения рабочего раствора. Тканепровод машины оборудован съемными эжекторами 9, подающими ткань на роторы­накопители 7, установленные внутри красильного бака, вращающиеся под действием силы тяжести укладываемого на них материала, что исключает вытягивание жгутов. Выбор размера сопла (60, 80, 110 мм) зависит от поверхностной плотности обрабатываемых полотен (80...300 г/м2) и ширины (500...2000 мм), определяющих толщину жгута, влияющую на его проходимость через сопло. Скорость движения жгута достигает 40...400 м/мин и может регулироваться с помощью шибера 8 и изменением частоты вращения ролика 10, имеющего индивидуальный привод.

В машину загружается до 600 кг материала, обработка проводится при температуре не более 140 °С, давлении 0,3 МПа, температуре разогрева раствора 4,2 °С в минуту и модуле ванны (6...15):1. Машина снабжена мощным циркуляционным насосом с производительностью 420 м3/ч, что позволяет при среднем модуле ванны 7,5:1 и загрузке 300 кг получить кратность обмена раствора около трех раз в минуту (см. уравнение 5.3). Установленная мощность токоприемников переменного тока ­ 41,05 кВт; габаритные размеры, мм: 6230х4050х3350.Эжекторная машина ЭКЛ­100­4 устроена аналогично ЭКЛ­140­4, но крашение проводится при температуре не более 100 °С и модуле ванны (8...12):1. Установленная мощность токоприемников переменного тока ­ 39,55 кВт, габаритные размеры, мм: 6010х3920х3525.

Как уже отмечалось выше, недостатком способа «Оверфлоу» (переливной трубы) является ограничение возможности регулирования скорости движения жгута в потоке циркулирующей жидкости, что может компенсироваться увеличением мощности циркуляционного насоса или комбинированной эжекцией, т.е. установкой эжекторной и переливной труб.Испанская фирма «Атик» предлагает интересную конструкцию машины Рапид Сюо (означает «быстро», «мягко») с достаточно большой разницей в уровнях жидкости переливной трубы и накопителя ткани, эффективным эжектором, что позволяет обрабатывать широкий ассортимент текстильных полотен от 80 до 800 г/м2 и осуществлять мягкую или жесткую обработку по мере необходимости.

Из отечественного оборудования интерес представляют эжекторные красильные барочные машины ЭКБ­95­1 иЭКБ­95­2 соответственно с одной или двумя красильными ваннами с загрузочной емкостью не более 100 кг каждая. Их особенностью является наличие двухкамерной системы эжектирования, что позволяет обрабатывать трикотажные полотна и ткани различных структур с поверхностной плотностью от 40 до 400 г/м2.

Выпуск этих машин предполагает замену устаревших красильно­промывных машин типа МКП, по сравнению с которыми можно ожидать рост производительности оборудования в 1,5 раза при снижении удельных расходов воды, пара, химматериалов и др. Машина рассчитана на крашение при атмосферном давлении при температуре не более 95 °С. В ее состав (рис) входят: ванна 1 с накопителем улитообразной формы, транспортный ролик 2, эжекторные сопла 3 и 4, в конструкции которых заложены принципы «Оверфлоу» и «Джет», теплообменник 5, фильтр 6, циркуляционный насос 7, вспомогательный бак 8 с барботером для ввода химических добавок и красителя, инжекторный насос 9 для перекачки добавок в циркуляционный контур.

Рис. 12.5. Технологическая схема эжекторной красильной машины ЭКБ­95 1.

Наличие двухкамерной системы эжектирования является особенностью данной машины. Красильная ванна с накопителем является основным рабочим органом. Транспортирование ткани осуществляется циркуляционным потоком, создаваемым циркуляционным насосом и транспортирующим роликом, имеющим индивидуальный привод от двигателя постоянного тока, позволяющим синхронизировать скорости потока и ролика, что исключает натяжение жгута.

Ванна с накопителем укрыта шатром, в передней части которого расположен загрузочный люк с дверью, смотровым стеклом и светильником. К шатру снаружи на кронштейнах крепится выборочное устройство, состоящее из тянульного вала с приводом. Заправка жгутов кольцевая. Скорость продвижения жгутов может варьироваться от 40 до 300 м/мин, крашение проводится при модуле ванны (8...12):1, производительность циркуляционного насоса составляет 45 м3/ч, что позволяет варьировать кратность обмена на уровне 0,6...1,0 раз в минуту. Установленная мощность токоприемников ­ 13,75 кВт; габаритные размеры, мм: 3000х2000х2100. (Для ЭКБ­95­2 мощность токоприемников ­17,75 кВт; габаритные размеры, мм: 3000х2650х2100).

Следует отметить, что в последнее время все большее внимание привлекают машины для низкомодульного крашения. В качестве примера следует отметить эжекторные машины фирмы «Тисе» (ФРГ), отличающиеся оригинальной конструкцией ванны тороидальной формы, полученной в результате «выема» средины красильного бака котлового типа, что позволило уменьшить объем рабочего раствора и довести нижний предел модуля ванны до 5:1. У этих машин накопители цилиндрической формы с перфорированными стенками размещены в автоклаве, все они опираются на ось большого диаметра, установленную внутри автоклава, и вращаются вокруг нее, а сам котел приобретает форму кольца (эжекторные машины кольцевого типа).

Фирма «Тисе» выпускает тороидальные машины Рото­стрим для высокотемпературного (до 140 °С) крашения (3 накопителя) и машины Эко­софт модели 103/6 (шесть накопителей) для низкотемпературной до (100 °С) обработки трикотажных полотен, в том числе крашения, беления, промывки и нейтрализации трикотажных полотен после мерсеризации.Транспортирование жгутов осуществляется по способу «Оверфлоу» в машинах высокотемпературного крашения и эжекторным соплом с регулируемым напором в машинах низкотемпературной обработки. Обе машины снабжены транспортными рифлеными роликами с индивидуальным приводом, позволяющим синхронизировать скорость вращения ролика и движения жгутов.

В машинах Рото­стрим скорость движения жгута может достигать 600 м/мин, кратность смены раствора варьируется от 2 до 6 раз в минуту, мощность электродвигателей ­ 22 кВт; габаритные размеры, мм: 5100х3850х3100.Конструкции сопловых красильных машин продолжают совершенствоваться. Первые модели машин предназначались для крашения текстильных полотен из полиэфирных волокон (без химических интенсификаторов), а крашение на них полотен из хлопка и полиакрилонитрильных волокон вызывало образование заломов, натирок, спутывания или закручивания жгута. Устранение этих недостатков было достигнуто за счет увеличения длины труб тканепроводов, подбора сменных сопел, соответствующих поверхностной плотности обрабатываемых полотен, комбинированной системы эжекции рабочего раствора, установки приводных баранчиков и др.

В последнее время в эжекторных машинах рекомендуется замена гидродинамического способа транспортирования жгутов на аэродинамический, при котором жгут ткани транспортируется потоком газа, например, паровоздушной смеси, что позволяет быстро развивать скорость его движения (до 1200 м/мин) без деформации ткани. Германскими фирмами «Тен» и «Хехст» проведены исследования и создан опытный образец эжекторной машины под названием Тен­Эрфлоу, который показал ряд существенных преимуществ по сравнению с машинами прежних конструкций.

В новых конструкциях эжекторных машин поток паровоздушной смеси, проходя эжектор, увлекает за собой жгут ткани и укладывает его в накопитель, а рабочий раствор впрыскивается в поток газовой смеси, образуя аэрозоль и обеспечивая равномерную пропитку ткани. Можно предполагать, что в ближайшие годы новые конструкции эжекторных машин, использующие аэродинамический способ транспортирования полотен, существенно расширят возможности красильного производства.

2 8. Агрегаты для непрерывного высокотемпературного крашения полотна жгутом под давлением.

Линии и агрегаты для непрерывного крашения тканей комплектуются на основе базовых, унифицированных машин, которые могут агрегироваться друг с другом в различных вариантах, отвечающих задачам конкретного технологического процесса. В составы линий могут входить плюсовки, различные пропиточные машины с ваннами малого или большого объема, запарные камеры, воздушные зрельники, промывные машины с ваннами закрытого или открытого типа и с устройствами для интенсификации промывки, различные отжимные устройства, машины для сушки и для термической обработки (термозрельники) и др.При агрегировании машин, как правило, используются двигатели постоянного тока с механизмами для плавного регулирования скоростей машин при помощи роликовых компенсаторов, создающих постоянное натяжение ткани. Рассмотрим особенности некоторых базовыхмашин непрерывного действия.

Плюсовки ­ это наиболее распространенные машины для непрерывных процессов беления, крашения и аппретирования тканей, предназначенные для пропитывания тканей рабочим раствором и равномерного отжима по ширине полотна. От степени и ровноты пропитывания в значительной степени зависят степень и ровнота окраски, которые в свою очередь зависят от многих факторов: продолжительности обработки красильным раствором, удельного давления в жале валов и ширины полоски соприкосновения, скорости движения ткани, состояния поверхности валов и их прогиба, температуры и состава пропиточной ванны и др. Например, степень пропитывания повышается с уменьшением скорости движения ткани и увеличением продолжительности обработки. Унос раствора красителя тканью зависит от величины удельного давления: чем оно выше, тем выше и степень отжима, но до известного предела, который наступает примерно при давлении 80 кН/м. Широкая полоска прижима, например, при мягких эластичных покрытиях приводит к снижению степени отжима, но при этом улучшается эффективность пропитывания и уменьшается зависимость равномерности отжима от прогиба вала.

Плюсовки выпускаются двух­, трех­ и четырехвальные, из которых один вал обычно имеет жесткую рубашку (из нержавеющей стали), другие валы ­ с эластичной поверхностью (обрезинены). От них в первую очередь требуется хорошее, равномерное пропитывание, тогда как сильный отжим не обязателен. Не исключается возможность взаимодействия двух отжимных валов плюсовок с эластичной поверхностью, например, с полиуретановым покрытием, которое позволяет повысить удельное давление до 70 кН/м, уменьшить влагосодержание отжатой ткани до 70...90 %, увеличить срок службы валов до 3...5 лет вместо 3...6 месяцев для обрезиненных валов.

Оборудование для непрерывного высокотемпературного крашения под давлением тканей из полиэфирных, полиамидных, триацетатных и смешанных волокон обеспечивает не только ускорение процесса и повышение производительности труда, но и получение более высокого качества окраски по ровноте и интенсивности. Для осуществления этого процесса нужны запарные камеры­автоклавы.

Впервые удалось создать запарную камеру высокого давления для непрерывной обработки паром швейцарской фирме «Петер», которая позволяет проводить непрерывную обработку ткани врасправку в атмосфере насыщенного пара при температуре 132 °С и избыточном давлении 0,2 МПа (рис. 13.12). В состав установки входят: заправочное устройство 1 с раскатным устройством и автоматическим вводом полотна ткани, трехзальная плюсовка 2, названная фирмой «Эконом», высокотемпературная запарная камера 3. промывной проходной агрегат (на рисунке не показан). Плюсовка имеет две ванны малого объема (4 и 30 л), но длина пути в них составляет 140 и 1000 мм, что позволяет продолжительность погружения ткани снизить до 3 с. Этого времени вполне достаточно, чтобы при температуре 60...80 °С ткань хорошо пропиталась. В запарной камере все направляющие ролики имеют принудительное вращение. Это дает возможность работать при минимальном натяжении ткани, которое автоматически регулируется с помощью компенсатора. Затворы камеры ­роликовые. На дне котла установлен поддон с кипящей водой, подогреваемой калориферами для создания атмосферы насыщенного пара. Над верхними роликами расположены нагревательные приборы 4 для предупреждения образования капели.

Рис. 13.12. Установка для высокотемпературного крашения под давлением.

Известно, что фиксация красителя на волокне в среде насыщенного пара при температуре выше 100 °С имеет ряд преимуществ, к которым относятся: быстрый нагрев ткани до максимальной температуры; отсутствие миграции красителя, которая имеет место при традиционных способах подсушки и сушки; более высокая ровнота окраски; более приятный мягкий гриф ткани, чем при крашении по термозольному способу. Кроме этого появляются новые возможности крашения тканей из смеси синтетических и целлюлозных волокон, при которых исключается промежуточная сушка и уменьшается загрязнение целлюлозного волокна дисперсными красителями, что имеет место при термозольном крашенин и в ряде случаев требует проведения последующей восстановительной очистки.

Крашение смесовых тканей в среде насыщенного пара под давлением можно отнести к прогрессивным способам, но они более сложны по аппаратному оформлению и требуют повышенного внимания, как и любое оборудование, работающее при повышенном давлении пара. Существенным недостатком в работе автоклавов является разгерметизация роликовых уплотнителей в момент прохождения шва. которая сопровождается разбрызгиванием красителя и загрязнением ткани. Все это сдерживает массовое внедрение автоклавного способа крашения под давлением, которое требует дальнейшего совершенствования.